【正文】 割頂梁事故。；支架在 最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，則要求 fP?tan ，如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù) f=，可求得 tan ? ，則 P=176。比如 ，立柱柱窩的位置確定 跟同類支架相差很大等 等 問題 。 先移架后推溜 (又稱及時支 護(hù)方式 )要求頂梁長度較長，先推溜后移架 (又稱滯后支護(hù)方式 )要求頂梁長度較短。 M — 截割高度， m。 頂梁的設(shè)計 頂梁結(jié)構(gòu)形式 液壓支架的頂梁是直接支撐頂煤和間接支撐直接頂及老頂部分載荷的承載部件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，還要求對頂板覆蓋率要高，以減少降、移支架過程中漏煤。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。活動側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種型式，圖 a，頂梁上無頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；圖 、 c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承 載時，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。采 32 煤機(jī)采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護(hù)新暴露出來的頂板。所以，在強(qiáng)度計算時不計，使掩護(hù)梁偏于安全。 35 液壓支架 頂梁 的強(qiáng)度計算 強(qiáng)度條件 在液壓支架的研制、試驗(yàn)過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計算是極為必要的。將此式與上式聯(lián)立解出如下： ? ?? ?33222813131 c oss i n)s i nc os( WhL hhLPhLPF kt ? ????? ??? (52) 34 圖 的受力分析 當(dāng) 8P 為正 且 0?W , 1F 有最小值；當(dāng) 8P 為負(fù) 且 0?W ,1F 有最大值。為偏于安全，在計算時把外載荷視為載荷。 12 224000 cosadFP nD??? ?28c os2021 36004000 2 ??? ?? ? MPa65? 二級缸 筒 所需最小厚度 ： ? ?? ? ???????????? ppD ??? ???????? ??? ???? mm15? 考慮到需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 20?? mm 雙伸縮立柱動作原理 雙伸縮立柱動作原理如下： 31 圖 高壓液體從 B 進(jìn)入立柱下腔，把中缸推起，同時中缸上腔液體從 A排出； 當(dāng)中缸全部升起時，由于中缸下腔壓力增大而使單向閥打開，液體進(jìn)入中缸內(nèi)部，把活柱推起，同時中缸上腔液體從 A 排出； 需要降柱時，使液體從 A進(jìn)入立柱，同時進(jìn)入中缸上腔和立柱上腔，由于中缸底部單向閥無法打開，所以活柱不能縮回。但當(dāng)改換工作面開采方向時，活動側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。 ZY3200液壓支架的底座采用分體式鋼性結(jié)構(gòu)。也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動。 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓，抗彎曲度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 20 液壓支架的性能參數(shù)確定 支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比定義為支護(hù)強(qiáng)度。 作圖步驟如下： 確定后連桿下鉸點(diǎn) O的位置，使它大體比底座略高 ,一般為 200~250mm（或類比同類） ，太低安裝銷子困難，太高底座笨重； 過 O 點(diǎn)作與底座底面平行的水平線 H— H線； 過 O 點(diǎn)作與 H— H線相交為 1Q 角的線； 以 O 點(diǎn)為圓心， A 為半徑，與上線交一點(diǎn) a，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)； 過 a 點(diǎn)作與 H— H線相交為 1P 角的斜線，以 a點(diǎn)為圓心 ,G 為半徑交一點(diǎn) e? ，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)； 17 過 e? 點(diǎn)作與 H— H 線的平行線 F— F線，則 H— H線與 F— F線的距離為 mH ，為液壓支架最高位置時的計算高度； 以 a 點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁 G的 ~（我取 ）長為半徑，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置； 過 e? 點(diǎn)作 F— F線的垂線 (認(rèn)為液壓支架在升降時， e? 點(diǎn)近似在此直線上滑動 )； 在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為 e? ； 取 ee?? 中點(diǎn)為 e? 點(diǎn)，為液壓支架降到中間位置時掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)； 1以 O點(diǎn)為圓心， oa 為半徑作圓弧； 1以 e? 為圓心，掩護(hù)梁長 ea? 為半徑，交圓弧上一點(diǎn) a? ，此點(diǎn)為液壓支架降到中間位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)； 1以 e? 為圓心，掩護(hù)梁長 ea? 為半徑，交圓弧上一點(diǎn) a? ， 此點(diǎn)為液壓支架降到最低位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)； 1 連接 ae?? 、 ae ??? 。 （一） 幾何作圖來設(shè)計四連桿機(jī)構(gòu) 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距 0H 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后 ，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取 0H =150— 200mm，重型支架可取 0H ＝ 210— 260mm。其四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征如下： （ 1）支架從最高高度降到最低高度時，如圖 e應(yīng)小于或等于 70mm ，最好為 30mm 以下； 圖 （ 2）支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，為圖 所示，應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時， P≤ 52176。 取 3ncBb mc ?? ， 1003?C ， 1?n 則 1400100115003 ?????? ncbB cm 梁端距的確定 梁端距即移架后梁端到煤壁的距離，通常指不考慮煤壁片幫、煤壁歪斜或移架不足等因素影響的理論值。 支架中心距的確定 支架的中心距，目前國內(nèi)外有 、 、 、 四種。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 液壓支架工作狀態(tài)及布置 圖 。 美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架，使用壽命 8～ 10 年，可用率高達(dá) 95％～ 98％ 。 5． 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護(hù)幫裝置。 通過消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，我國科研人員自主研發(fā)了多種用途的液壓支架，最具代表性的有 QY 系列和 YZ 系列支架 。因支護(hù)設(shè)備不同，其機(jī)械化程度也不一樣。 液壓支架在煤炭行業(yè)是一種非常重要的設(shè)備，它在采煤工作面中為了防止頂板冒頂，維持一定的空間，保證工人安全和各項(xiàng)工作的正常運(yùn)行，對頂板進(jìn)行支護(hù)。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。 1970 年在山西大同首次全工作面裝備了 TZ— 140 型垛式液壓支架 。 2． 最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 支架還采用屈服強(qiáng)度 800 MPa～ 1 000 MPa 的鋼板，既有較高的強(qiáng)度 、 硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能 。增阻性主要取決于液控單向 立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個重要元件。 3 個 工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大 100— 200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度并能滿足生產(chǎn)指標(biāo)。但是考慮盡量減輕支架重 量，降低造價，可搞系列化，加強(qiáng)支架對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長桿來增加調(diào)高范圍。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點(diǎn)。 圖 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 其具體做法是順時針轉(zhuǎn)動后連桿使支架最高位置時的 e? 點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動中有一 段近似圓弧軌跡，只要找到這個圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長度了。、 2Q =25176。 +300+19) +200 =3974mm 立柱布置 本支架采用雙伸縮立柱。本次設(shè)計取推溜力為 150KN 。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護(hù)擋矸簾，還可以增加尾梁 3，如圖 e 所示。 圖 頂梁斷面 本設(shè)計中的支架頂梁的型式如圖 所示。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動側(cè)護(hù)板。 立柱尺寸確定 一級 立柱的缸體內(nèi)徑： 14000cosdaFD nP??? mm 式中： 1F —— 支架工作阻力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； aP —— 安全閥調(diào)整壓力， aa MPP 35? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時 α 角最大）， ?28?? 。設(shè)垂直于頂梁的力為 1F ， 1F 由支架的工作阻力 來平衡。為簡便計算，以下均在支架的最高位置進(jìn)行各部分的受力計算 。下面簡單介紹我國液壓支架強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件： s? 計算安全系數(shù)； 、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件； (1).各結(jié)構(gòu)件采用 16Mn 低合金高強(qiáng)度 結(jié)構(gòu) 鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取 345?s? MPa； (2).各銷軸均采用 35CrMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (3).活塞桿均采用 27SiMnTi 鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (4).結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： max??sn? ≥ [n] （ 53） 式中 ， max? — 危險斷面計算出的最大 應(yīng)力， MPa； ][n — 許用安全系數(shù) 。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W一般取 ～ 。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。 所以綜合考慮各個方面， ZY3200 型掩護(hù)式支架采用圖 b 所示的側(cè)護(hù)板。 ZY3200 計成雙單連桿，后連桿設(shè)計成整體連桿，如圖 、圖 ，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，抗扭轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在 1mm以內(nèi) ,以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。但對頂板的適應(yīng)性差。 21 初 撐力的大小對支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。 圖 支架工作方式比較圖 A — 先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)） B — 先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)） 頂梁長度計算 支架在工作面的相對位置關(guān)系如圖 所示 。 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖 所示： 設(shè)： G— 掩護(hù)梁長度； A— 后連桿長度； 2L — e? 點(diǎn)垂直線到后連桿鉸點(diǎn)之距； 1h — 支架最高位置時的計算高度； 2h — 支架最低位置時的計算高度。～ 30176。 支架底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，在設(shè)計支架的底座長 度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的比壓要小，支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制裝置，推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。 10 根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機(jī)、液壓支架和運(yùn)輸機(jī)的配套關(guān)系，參照國內(nèi)外工作面輸送機(jī)的技術(shù)參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機(jī)”配套成熟的經(jīng)驗(yàn)，最終選定SGZ764/264 型運(yùn)輸機(jī)。 7 圖 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機(jī) ； 2－液壓支架 ； 3－傳送帶輸送機(jī) ； 4－轉(zhuǎn)載機(jī)； 5－刮板輸送機(jī)； 6－主進(jìn)液管 7－主回液管； 8－乳化液泵； 9－乳化液箱； 10－端頭支架； 11－單體液壓支柱； 8 2 工作面設(shè)備選型 工作面設(shè)備選型配套原則 生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而刮板輸送機(jī)、液壓支架及運(yùn)輸巷運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要高于采煤機(jī)生產(chǎn)能力的 20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運(yùn)輸設(shè)備 的運(yùn)輸能力要大于采煤機(jī)的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機(jī)高產(chǎn)快速運(yùn)行的要求。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。 現(xiàn)場實(shí)際統(tǒng)計，前移一組支架大約需 1 min。而 每 3 個綜采工作面平均需要安裝 150 臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。通過此次設(shè)計，能夠更好的梳理所學(xué)的知識，基本掌握機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)在機(jī)械設(shè)計方面的工作方法，同時提高獨(dú)立為完成工作的能力，為以后的工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)國際能源署預(yù)測，從 2021 到2020 年，一次商品能源需求年增長 ％， 2020 年我國煤炭需求量將超過 25 億 t，煤炭工業(yè)將有一個很大的發(fā)展。在未來新能源大規(guī)模 利用之前，煤炭是支持我國能源供應(yīng)的國